Հիմունքներ. միակողմանի և դիֆերենցիալ ազդանշանային ազդանշան

Նախ, մենք պետք է որոշ հիմունքներ սովորենք այն մասին, թե ինչ է միակողմանի ազդանշանը, նախքան դիֆերենցիալ ազդանշանի և դրա բնութագրերի մասին խոսելը:

Միակողմանի ազդանշանային ազդանշան

Միակողմանի ազդանշանը էլեկտրական ազդանշանն ուղարկողից ստացող փոխանցելու պարզ և սովորական եղանակ է: Էլեկտրական ազդանշանը փոխանցվում է լարման միջոցով (հաճախ՝ փոփոխվող լարման), որը վկայակոչվում է ֆիքսված ներուժի, սովորաբար 0 Վ հանգույցի, որը կոչվում է «հող»:

Մեկ դիրիժորը կրում է ազդանշանը, իսկ մեկ դիրիժորը կրում է ընդհանուր հղման ներուժը: Ազդանշանի հետ կապված հոսանքը անցնում է ուղարկողից ստացող և վերադառնում է էլեկտրամատակարարում ցամաքային կապի միջոցով: Եթե ​​փոխանցվում են մի քանի ազդանշաններ, ապա միացումը կպահանջի մեկ հաղորդիչ յուրաքանչյուր ազդանշանի համար գումարած մեկ ընդհանուր հողային միացում; Այսպիսով, օրինակ, 16 ազդանշան կարող է փոխանցվել 17 հաղորդիչի միջոցով:

 

Միակողմանի տոպոլոգիա

Դիֆերենցիալ ազդանշան

Դիֆերենցիալ ազդանշանը, որն ավելի քիչ տարածված է, քան միակողմանի ազդանշանը, օգտագործում է երկու լրացուցիչ լարման ազդանշան մեկ տեղեկատվական ազդանշան փոխանցելու համար: Այսպիսով, մեկ տեղեկատվական ազդանշանը պահանջում է զույգ հաղորդիչներ; մեկը կրում է ազդանշանը, իսկ մյուսը՝ շրջված ազդանշանը:

 

Միակողմանի ընդդեմ դիֆերենցիալ. Ժամկետների ընդհանուր դիագրամ

 

Ստացողը տեղեկատվություն է քաղում՝ հայտնաբերելով շրջված և ոչ շրջված ազդանշանների պոտենցիալ տարբերությունը: Երկու լարման ազդանշանները «հավասարակշռված են», ինչը նշանակում է, որ նրանք ունեն հավասար ամպլիտուդ և հակառակ բևեռականություն՝ համեմատած ընդհանուր ռեժիմի լարման հետ: Այս լարումների հետ կապված հետադարձ հոսանքները նույնպես հավասարակշռված են և այդպիսով ջնջում են միմյանց. այս պատճառով կարող ենք ասել, որ դիֆերենցիալ ազդանշաններն ունեն (իդեալական) զրոյական հոսանք, որը հոսում է վերգետնյա միացումով:

Դիֆերենցիալ ազդանշանի դեպքում ուղարկողն ու ստացողը պարտադիր չէ, որ կիսեն ընդհանուր հիմքի հղումը: Այնուամենայնիվ, դիֆերենցիալ ազդանշանի օգտագործումը չի նշանակում, որ ուղարկողի և ստացողի միջև հողային ներուժի տարբերությունները որևէ ազդեցություն չունեն շղթայի աշխատանքի վրա:

Եթե ​​փոխանցվում են մի քանի ազդանշաններ, ապա յուրաքանչյուր ազդանշանի համար անհրաժեշտ է երկու հաղորդիչ, և հաճախ անհրաժեշտ է կամ առնվազն ձեռնտու է ներառել վերգետնյա միացում, նույնիսկ երբ բոլոր ազդանշանները դիֆերենցիալ են: Այսպիսով, օրինակ, 16 ազդանշան փոխանցելու համար կպահանջվի 33 հաղորդիչ (համեմատած 17-ի միակողմանի փոխանցման դեպքում): Սա ցույց է տալիս դիֆերենցիալ ազդանշանի ակնհայտ թերությունը:

 

Դիֆերենցիալ ազդանշանային տոպոլոգիա

Դիֆերենցիալ ազդանշանի առավելությունները

Այնուամենայնիվ, կան դիֆերենցիալ ազդանշանային կարևոր առավելություններ, որոնք կարող են ավելի քան փոխհատուցել հաղորդիչների քանակի ավելացումը:

Առանց վերադարձի ընթացիկ

Քանի որ մենք (իդեալական) չունենք վերադարձի հոսանք, հողի հղումը դառնում է պակաս կարևոր: Գետնի ներուժը կարող է նույնիսկ տարբեր լինել ուղարկողի և ստացողի մոտ կամ շարժվել որոշակի ընդունելի տիրույթում: Այնուամենայնիվ, դուք պետք է զգույշ լինեք, քանի որ DC- զուգակցված դիֆերենցիալ ազդանշանը (օրինակ՝ USB, RS-485, CAN) սովորաբար պահանջում է հողի ընդհանուր ներուժ՝ ապահովելու համար, որ ազդանշանները մնան միջերեսի առավելագույն և նվազագույն թույլատրելի ընդհանուր ռեժիմի լարման մեջ:

Դիմադրություն մուտքային EMI-ին և Crosstalk-ին

Եթե ​​EMI (էլեկտրամագնիսական միջամտություն) կամ crosstalk (այսինքն, EMI առաջացած մոտակայքում գտնվող ազդանշանների կողմից) ներմուծվում է դիֆերենցիալ հաղորդիչների դրսից, այն հավասարապես ավելացվում է շրջված և ոչ շրջված ազդանշանին: Ընդունիչն արձագանքում է երկու ազդանշանների միջև լարման տարբերությանը, այլ ոչ թե միակողմանի (այսինքն՝ վերգետնյա հղումով) լարմանը, և այդպիսով ընդունիչի սխեման զգալիորեն կնվազեցնի միջամտության կամ խտրականության ամպլիտուդը:

Սա է պատճառը, որ դիֆերենցիալ ազդանշաններն ավելի քիչ զգայուն են EMI-ի, խաչմերուկի կամ ցանկացած այլ աղմուկի նկատմամբ, որը միանում է դիֆերենցիալ զույգի երկու ազդանշաններին:

Ելքային EMI-ի և Crosstalk-ի կրճատում

Արագ անցումները, ինչպիսիք են թվային ազդանշանների բարձրացող և իջնող եզրերը, կարող են առաջացնել զգալի քանակությամբ EMI: Ե՛վ միակողմանի, և՛ դիֆերենցիալ ազդանշանները առաջացնում են EMI, բայց երկու ազդանշանները դիֆերենցիալ զույգով կստեղծեն էլեկտրամագնիսական դաշտեր, որոնք (իդեալական) հավասար են մեծությամբ, բայց հակադիր բևեռականությամբ: Սա, երկու հաղորդիչների միջև սերտ մոտիկությունը պահպանող տեխնիկայի հետ համատեղ (օրինակ՝ ոլորված զույգ մալուխի օգտագործումը), ապահովում է, որ երկու հաղորդիչների արտանետումները մեծապես կչեղարկվեն միմյանցից:

Ստորին լարման շահագործում

Միակողմանի ազդանշանները պետք է պահպանեն համեմատաբար բարձր լարում` ապահովելու համապատասխան ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը (SNR): Ընդհանուր միակողմանի ինտերֆեյսի լարումները 3.3 Վ և 5 Վ են: Աղմուկի նկատմամբ իրենց բարելավված դիմադրության պատճառով դիֆերենցիալ ազդանշանները կարող են օգտագործել ավելի ցածր լարումներ և դեռ պահպանել համապատասխան SNR: Բացի այդ, դիֆերենցիալ ազդանշանի SNR-ն ավտոմատ կերպով ավելանում է երկու գործակցով՝ համեմատած համարժեք միակողմանի կատարման հետ, քանի որ դիֆերենցիալ ստացողի դինամիկ տիրույթը երկու անգամ ավելի բարձր է, քան դիֆերենցիալ զույգի յուրաքանչյուր ազդանշանի դինամիկ միջակայքը:

Ավելի ցածր ազդանշանային լարման միջոցով տվյալներ հաջողությամբ փոխանցելու ունակությունը մի քանի կարևոր առավելություն ունի.

• Ավելի ցածր մատակարարման լարումներ կարող են օգտագործվել:
• Ավելի փոքր լարման անցումներ
  • նվազեցնել ճառագայթվող EMI,
  • նվազեցնել էներգիայի սպառումը և
  • թույլ տալ ավելի բարձր աշխատանքային հաճախականություններ:

Բարձր կամ ցածր վիճակ և ճշգրիտ ժամանակացույց

Երբևէ մտածե՞լ եք, թե ինչպես ենք մենք որոշում՝ ազդանշանը գտնվում է տրամաբանական բարձր, թե տրամաբանական ցածր վիճակում: Միակողմանի համակարգերում մենք պետք է հաշվի առնենք էլեկտրամատակարարման լարումը, ընդունիչի սխեմայի շեմային բնութագրերը, հավանաբար հղման լարման արժեքը: Եվ, իհարկե, կան տատանումներ և հանդուրժողականություններ, որոնք լրացուցիչ անորոշություն են բերում տրամաբանական բարձր կամ տրամաբանական ցածր հարցի մեջ:

Դիֆերենցիալ ազդանշաններում տրամաբանական վիճակի որոշումն ավելի պարզ է: Եթե ​​ոչ շրջված ազդանշանի լարումը ավելի բարձր է, քան շրջված ազդանշանի լարումը, դուք ունեք տրամաբանական բարձր: Եթե ​​ոչ շրջված լարումը ցածր է շրջված լարումից, ապա դուք ունեք տրամաբանական ցածր: Եվ երկու վիճակների միջև անցումը այն կետն է, որտեղ հատվում են ոչ շրջված և շրջված ազդանշանները, այսինքն՝ խաչմերուկի կետը:

Սա է պատճառներից մեկը, թե ինչու է կարևոր համապատասխանեցնել դիֆերենցիալ ազդանշաններ կրող լարերի երկարությունները կամ հետքերը. Ժամկետների առավելագույն ճշգրտության համար դուք ցանկանում եք, որ խաչմերուկի կետը ճիշտ համապատասխանի տրամաբանական անցմանը, բայց երբ զույգի երկու հաղորդիչները հավասար չեն: երկարությունը, տարածման հետաձգման տարբերությունը կհանգեցնի խաչմերուկի կետի տեղաշարժին:

Ծրագրեր

Ներկայումս կան բազմաթիվ ինտերֆեյսի ստանդարտներ, որոնք օգտագործում են դիֆերենցիալ ազդանշաններ: Դրանք ներառում են հետևյալը.

• LVDS (ցածր լարման դիֆերենցիալ ազդանշանային ազդանշան)
• CML (ընթացիկ ռեժիմի տրամաբանություն)
• RS485
• RS422
• Ethernet
• CAN
• USB
• Բարձրորակ հավասարակշռված աուդիո

Ակնհայտ է, որ դիֆերենցիալ ազդանշանի տեսական առավելությունները հաստատվել են գործնական կիրառմամբ իրական աշխարհի բազմաթիվ ծրագրերում:

Հիմնական PCB տեխնիկան դիֆերենցիալ հետքերի երթուղման համար

Վերջապես, եկեք սովորենք այն հիմունքները, թե ինչպես են դիֆերենցիալ հետքերը ուղղորդվում PCB-ների վրա: Դիֆերենցիալ ազդանշանների ուղղորդումը կարող է մի փոքր բարդ լինել, բայց կան մի քանի հիմնական կանոններ, որոնք գործընթացը դարձնում են ավելի պարզ:

Երկարության և երկարության համընկնում – Պահպանեք այն հավասար:

Դիֆերենցիալ ազդանշանները (իդեալական) հավասար են մեծությամբ և հակառակ բևեռականությամբ: Այսպիսով, իդեալական դեպքում, գետնի միջով զուտ վերադարձի հոսանք չի անցնի: Հետադարձ հոսանքի բացակայությունը լավ բան է, ուստի մենք ցանկանում ենք ամեն ինչ հնարավորինս իդեալական պահել, և դա նշանակում է, որ մեզ անհրաժեշտ են հավասար երկարություններ դիֆերենցիալ զույգի երկու հետքերի համար:

Որքան բարձր է ձեր ազդանշանի բարձրացման/անկման ժամանակը (չշփոթել ազդանշանի հաճախականության հետ), այնքան ավելի շատ պետք է ապահովեք, որ հետքերը ունեն նույն երկարությունը: Ձեր դասավորության ծրագիրը կարող է ներառել մի հատկություն, որն օգնում է ձեզ ճշգրտել դիֆերենցիալ զույգերի հետքերի երկարությունը: Եթե ​​դուք դժվարանում եք հասնել հավասար երկարության, կարող եք օգտագործել «meander» տեխնիկան:

 

Մի ոլորապտույտ հետքի օրինակ

Լայնություն և տարածություն – Պահպանեք այն մշտական:

Որքան մոտ լինեն դիֆերենցիալ հաղորդիչները, այնքան ավելի լավ կլինի ազդանշանների միացումը: Ստեղծված EMI-ն ավելի արդյունավետ կերպով կչեղարկվի, և ստացված EMI-ն ավելի հավասարապես կզուգորդվի երկու ազդանշանների մեջ: Այսպիսով, փորձեք նրանց իսկապես մոտեցնել միմյանց:

Դուք պետք է ուղղորդեք դիֆերենցիալ զույգ հաղորդիչները հարևան ազդանշաններից հնարավորինս հեռու՝ միջամտությունից խուսափելու համար: Ձեր հետքերի լայնությունը և տարածությունը պետք է ընտրվեն ըստ թիրախային դիմադրության և պետք է անփոփոխ մնան հետքերի ողջ երկարությամբ: Այսպիսով, եթե հնարավոր է, հետքերը պետք է մնան զուգահեռ, երբ նրանք շրջում են PCB-ի շուրջը:

Դիմադրություն – Նվազագույնի հասցնել տատանումները:

Ամենակարևոր բաներից մեկը, որ պետք է անել դիֆերենցիալ ազդանշաններով PCB նախագծելիս, ձեր կիրառման համար թիրախային դիմադրությունը պարզելն է և համապատասխանաբար դասավորել ձեր դիֆերենցիալ զույգերը: Բացի այդ, հնարավորինս փոքր պահեք դիմադրողականության տատանումները:

Ձեր դիֆերենցիալ գծի դիմադրությունը կախված է այնպիսի գործոններից, ինչպիսիք են հետքի լայնությունը, հետքերի միացումը, պղնձի հաստությունը և PCB-ի նյութը և շերտի կուտակումը: Հաշվի առեք դրանցից յուրաքանչյուրը, երբ փորձում եք խուսափել այն ամենից, ինչը փոխում է ձեր դիֆերենցիալ զույգի դիմադրությունը:

Մի ուղղեք բարձր արագության ազդանշանները հարթ շերտի վրա պղնձի տարածքների միջև եղած բացվածքի վրայով, քանի որ դա նույնպես ազդում է ձեր դիմադրության վրա: Փորձեք խուսափել վերգետնյա հարթություններում ընդհատումներից:

Դասավորության առաջարկներ – Կարդացեք, վերլուծեք և չափազանց մտածեք դրանք:

Եվ, վերջապես, բայց ոչ պակաս կարևոր բան կա, որ դուք պետք է անեք դիֆերենցիալ հետքերը ուղղորդելիս. Ստացեք տվյալների թերթիկը և/կամ հավելվածի նշումները դիֆերենցիալ ազդանշան ուղարկող կամ ստացող չիպի համար, կարդացեք դասավորության առաջարկությունները և վերլուծեք: դրանք սերտորեն: Այս կերպ Դուք կարող եք իրականացնել հնարավոր լավագույն դասավորությունը որոշակի դիզայնի սահմանափակումների շրջանակներում:

Եզրափակում

Դիֆերենցիալ ազդանշանը թույլ է տալիս մեզ տեղեկատվություն փոխանցել ավելի ցածր լարման, լավ SNR-ի, աղմուկի նկատմամբ բարելավված իմունիտետի և տվյալների ավելի բարձր արագության միջոցով: Մյուս կողմից, դիրիժորների քանակը մեծանում է, և համակարգը ստանդարտ թվային IC-ների փոխարեն մասնագիտացված հաղորդիչների և ընդունիչների կարիք կունենա:

Մեր օրերում դիֆերենցիալ ազդանշանները շատ ստանդարտների մաս են կազմում, այդ թվում՝ LVDS, USB, CAN, RS-485 և Ethernet, և, հետևաբար, մենք բոլորս պետք է (առնվազն) ծանոթ լինենք այս տեխնոլոգիային: Եթե ​​դուք իրականում նախագծում եք դիֆերենցիալ ազդանշաններով PCB, հիշեք, որ խորհրդակցեք համապատասխան տվյալների թերթիկների և հավելվածների նշումների հետ, և անհրաժեշտության դեպքում նորից կարդացեք այս հոդվածը:

Թողնել հաղորդագրություն 

հաղորդագրություն ցուցակ